DE3304651A1 - DYNAMIC SEMICONDUCTOR MEMORY CELL WITH OPTIONAL ACCESS (DRAM) AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION - Google Patents
DYNAMIC SEMICONDUCTOR MEMORY CELL WITH OPTIONAL ACCESS (DRAM) AND METHOD FOR THEIR PRODUCTIONInfo
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Description
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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPASIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our symbols Berlin and Munich VPA
83 P 10 63 OE83 P 10 63 OE
Dynamische Halbleiterspeicherzelle mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) und Verfahren zu ihrer Herstellung. Dynamic semiconductor random access (DRAM) memory cell and method for making the same.
Die Erfindung betrifft eine dynamische Halbleiterspeicherzelle mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), bei der die Bitleitung im Bereich der Speicherzellen in das Halbleitersubstrat hineindiffundiert ist, benachbart zu der Bitleitung zur Erzeugung der Speicherkapazität über dem Halbleitersubstrat und isoliert zu diesem eine Speicherelektrode angeordnet ist und oberhalb der Bitleitung und der Speicherelektrode isoliert zu diesen und die Speicherkapazitätselektrode mindestens teilweise überlappend die von einer Wortleitung angesteuerte Transferelektrode angeordnet ist, sowie Verfahren zur Herstellung derselben.The invention relates to a dynamic semiconductor memory cell with random access (DRAM) in which the bit line is diffused into the semiconductor substrate in the area of the memory cells, adjacent to the bit line for generating the storage capacity over the semiconductor substrate and a storage electrode is arranged insulated from this and above the bit line and the Storage electrode insulates from these and the storage capacitance electrode at least partially overlapping that of a word line driven transfer electrode arranged is, as well as methods of making the same.
Es ist bekannt, Halbleiterspeicher in MOS-Technik aufzubauen. Diese Speicherzellen bestehen zum Beispiel aus einer Speicherkapazität und einem MOS-Transistor, dessen Steuerelektrode mit einer Wortleitung verbunden ist. Die beiden gesteuerten Elektroden des MOS-Transistars liegen zwischen der Speicherkapazität und einer Bitleitung. Solche Speicherzellen werden als Eintransistor-RAM (= £andom a.ccess jnemory)-Zellen bezeichnet.It is known to build semiconductor memories using MOS technology. These memory cells consist of, for example a storage capacity and a MOS transistor, the control electrode of which is connected to a word line. the Both controlled electrodes of the MOS transistor are located between the storage capacity and a bit line. Such memory cells are referred to as single-transistor RAM (= andom a.ccess jnemory) cells.
Ein Nachteil solcher Eintransistorspeicherzellen besteht darin, daß für die diffundierten Bereiche in dem Speicherbaustein Platz benötigt wird. Da aber bei den Halbleiterspeichern auf einem Speicherbaustein möglichst viele.Speicherzellen angeordnet werden sollen, besteht die Tendenz, die Einzelspeicherzelle möglichst klein auszuführen.A disadvantage of such single-transistor memory cells is that for the diffused areas in the memory module Space is needed. However, there are as many memory cells as possible on one memory module in the case of semiconductor memories are to be arranged, there is a tendency to make the individual memory cell as small as possible.
Edt 1 Plr/26.1.1983Edt 1 Plr / January 26, 1983
- ϊ- VPA 83 P 1 0 6 3 0£- ϊ- VPA 83 P 1 0 6 3 0 £
Eine Möglichkeit dies zu realisieren ist, die Speicherelektrode zur Bildung der Speicherkapazität über dem Halbleitersubstrat, abisoliert von dem Halbleitersubstrat anzuordnen. Benachbart zu der Speicherkapazität wird die Bitleitung in das Halbleitersubstrat hineindiffundiert. Um einen Ladungsaustausch zwischen der Speicherkapazität und der Bitleitung zu ermöglichen, wird auf dem Halbleitersubstrat isoliert zum Halbleitersubstrat die sogenannte Transferelektrode angeordnet, die die Speicherkapazitat und die Bitleitung zumindest teilweise überlappt.One possibility to realize this is to place the storage electrode for the formation of the storage capacity over the semiconductor substrate, to be arranged stripped from the semiconductor substrate. The Bit line diffused into the semiconductor substrate. To an exchange of charge between the storage capacity and to enable the bit line is on the semiconductor substrate The so-called transfer electrode, which provides the storage capacity, is arranged in isolation from the semiconductor substrate and the bit line at least partially overlaps.
Weitere platzsparende Möglichkeiten ergeben sich durch die Verwendung der Doppel-Poly-Silizium-Technologie bei der Herstellung der Speicherzellen. Eine Speicherzelle der eingangs genannten Art mit diffundierter Bitleitung mit "buried-Kontakt" in Zweilagen-Poly-Silizium-Technologie ist aus einem Aufsatz von V. L. Rideout aus dem IEEE Trans. Electron. Dev. Vol. ED-26, Nr. 6 (1979) auf den Seiten 839 bis 852, insbesondere Seite 846, zu entnehmen.Further space-saving possibilities result from the use of the double-poly-silicon technology the manufacture of the memory cells. A memory cell of the type mentioned at the outset with a diffused bit line with "buried contact" in two-layer poly-silicon technology is from an essay by V. L. Rideout from the IEEE Trans. Electron. Dev. Vol. ED-26, No. 6 (1979) to the Pages 839 to 852, in particular page 846, can be found.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht nun in einer weiteren Erhöhung der Packungsdichte von Speicherzellen für dynamische Halbleiterspeicherzellen mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) in einem Speicherbaustein und insbesondere in der Angabe von Verfahren zu ihrer möglichst einfachen Herstellung, wobei gewährleistet ist, daß maskenaufwendige Verfahrensschritte, die eine hohe Genauigkeit bei der Justierung erfordern, unterbleiben können.The task on which the invention is based now exists in a further increase in the packing density of memory cells for dynamic semiconductor memory cells random access (DRAM) in a memory module and in particular in the specification of methods for their possible simple production, which ensures that mask-consuming process steps that have a high Require accuracy in the adjustment, can be omitted.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Speicherzelle der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Bitleitung und die Speicherelektrode aus einem dotierten Silizid eines hochschmelzenden Metalles bestehen und die Länge des Transfergates durch den Abstand des Suizids auf der Bitleitung und dem Silizid der Kapazitätselektrode definiert ist.The object according to the invention is achieved by a memory cell of the type mentioned in that the bit line and the storage electrode are made of a doped one Silicide consist of a high-melting metal and the length of the transfer gate by the distance between the suicide is defined on the bit line and the silicide of the capacitance electrode.
- τΤ- VPA 83 P 10 63 OE- τΤ- VPA 83 P 10 63 OE
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Bitleitung und die SpeicherkäpaZitätselektrode aus einem, mit Arsen, Phosphor oder Bor dotierten Silizid der Metalle Tantal, Titan, Wolfram oder Molybdän besteht, wobei mehr Silizium in der Verbindung enthalten ist, als der Stöchiometrie entspricht, und daß die Transferelektrode aus Polysilizium, dem System PoIysilizium/hochschmelzendes Metall, dem System Polysilizium/Metallsilizid, aus einem Silizid der Metalle Tantal, Titan, Wolfram oder Molybdän, oder aus reinem Metall besteht.In a further development of the inventive concept it is provided that the bit line and the memory capacity electrode from a silicide of the metals tantalum, titanium, tungsten or doped with arsenic, phosphorus or boron Molybdenum consists, with more silicon being contained in the compound than corresponds to the stoichiometry, and that the transfer electrode made of polysilicon, the system polysilicon / high-melting point Metal, the polysilicon / metal silicide system, from a silicide of the metals tantalum, titanium, tungsten or molybdenum, or from pure metal consists.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Speicherzelle wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das unter der Bitleitung liegende Draingebiet durch Ausdiffusion von mit einem Dotierstoff eines zweiten Leitungstyps versehenen, direkt auf der Oberfläche eines, durch dicke Oxidbereiche auf oder in seiner Oberfläche aufgeteilte Halbleitersubstrat vom ersten Leitungstyp abgeschiedenen Silizids eines hochschmelzenden Metalles erzeugt wird. Dabei kann die Dotierung nach der Abscheidung der Silizidschicht durch Implantation von Dotierstoffionen des zweiten Leitungstyps in das Silizid erfolgen; es kann aber auch die Metallsilizidschicht dotiert durch Verwendung eines mit dem Dotierstoff versetzten Tantal-, Titan-, Wolfram- oder Molybdänsilizidtargets durch Zerstäuben oder durch reaktives Zerstäuben von undotiertem Silizid in einer den Dotierstoff enthaltenden Atmosphäre aufgebracht werden. Als Dotierstoff vom zweiten Leitungstyp wird Arsen, Phosphor oder Bor verwendet.To produce the memory cell according to the invention, a method is proposed which is characterized in that the drain region lying under the bit line by outdiffusion of those provided with a dopant of a second conductivity type, directly on the surface one, by thick oxide areas on or in its surface divided semiconductor substrate from the first Conduction type deposited silicide of a refractory metal is generated. The doping can be increased the deposition of the silicide layer by implanting dopant ions of the second conductivity type into the silicide take place; however, the metal silicide layer can also be doped by using a layer mixed with the dopant Tantalum, titanium, tungsten or molybdenum silicide targets by sputtering or by reactive sputtering of undoped Silicide can be applied in an atmosphere containing the dopant. As a dopant from the second Conductivity type is arsenic, phosphorus or boron used.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der in der Zeichnung befindlichen Figuren 1 bis 4 noch näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren 1 bis 3 im Schnittbild und im Ausschnitt die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte zur Herstellung einer dynamischenFurther details of the method according to the invention are hereinafter based on an exemplary embodiment and FIGS. 1 to 4 in the drawing are explained in more detail. Figures 1 to 3 show in Sectional view and in detail the process steps essential to the invention for producing a dynamic
-^- VPA 83 P 1063 OE- ^ - VPA 83 P 1063 OE
RAM-Zelle mit n-Kanal-Transistoren, wobei das Transfergate sowohl den Rand des unter der Bitleitung liegenden Draingebietes als auch den Rand der Speicherkapazitätselektrode überlappt. Die Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Gateelektrode selbstjustierend aufgebracht ist. Gleiche Bezugszeichen sind für gleiche Teile verwendet worden. Auf die Darstellung der die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte nicht betreffenden Details, die Anordnung der Zelle in einer integrierten Schaltung, Passivierung und Durchführung der Metallisierung, ist hier verzichtet worden.RAM cell with n-channel transistors, the transfer gate overlaps both the edge of the drain area under the bit line and the edge of the storage capacitance electrode. Figure 4 shows another embodiment of the invention, in which the gate electrode is applied in a self-aligning manner. Same reference numbers have been used for the same parts. On the representation of the process steps essential to the invention details not concerned, the arrangement of the cell in an integrated circuit, passivation and implementation the metallization has been omitted here.
Figur 1: Auf einem p-dotierten Siliziumhalbleitersubstrat 1 werden zur Trennung der aktiven Bereiche strukturierte SiOp-Schichten 2 nach dem sogenannten LOCOS- oder Isoplanarverfahren erzeugt. Dann wird ganzflächig ein Oxidationsprozeß durchgeführt und die entstandene Oxidschicht 3 (40 nm) zur Definition der Speicherkapazitäten und der Bitleitung strukturiert. Im Anschluß daran erfolgt die Abscheidung einer, mit Arsen dotierten Tantalsilizidschicht 4 in einer Schichtdicke von 200 nm, beispielsweise durch Zerstäuben unter Verwendung eines mit Arsen dotierten Tantalsilizid-Targets, wobei, um die spätere Reoxidation zu ermöglichen, mehr Silizium vorhanden ist als der Stöchiometrie von Tantalsilizid entspricht. Auf diese Schicht (4) wird ganzflächig eine aus SiOp bestehende Isolationsschicht 5 zur Reduzierung der Überlappungskapazitäten und zur Vermeidung von Dotierstoff-Ausdiffusion in einer Schichtdicke von ca. 300 nm aufgebracht und die SiOp-Schicht 5 mit der darunterliegenden Tantalsilizidschicht 4 im Bitleitungsbereich 10 und im Speicherkapazitätsbereich 11 durch ein reaktives Trockenätzverfahren strukturiert. Dabei muß der Abstand der Dünnoxidkante 14 zum Bitleitungsbereich 10 und zur Speicherkapazität 11 mindestens der Justiertoleranz entsprechen (im Ausführungsbeispiel liegt der Abstand im Bereich von 500 bis 1000 nm). Damit ist sichergestellt, daß die Silizid- FIG. 1: On a p-doped silicon semiconductor substrate 1, structured SiOp layers 2 are produced using the so-called LOCOS or isoplanar method to separate the active areas. An oxidation process is then carried out over the entire surface and the resulting oxide layer 3 (40 nm) is structured to define the storage capacitances and the bit line. This is followed by the deposition of an arsenic-doped tantalum silicide layer 4 in a layer thickness of 200 nm, for example by sputtering using an arsenic-doped tantalum silicide target, with more silicon than the stoichiometry of Corresponds to tantalum silicide. On this layer (4) an insulation layer 5 consisting of SiOp is applied over the whole area to reduce the overlap capacitances and to avoid dopant diffusion in a layer thickness of approx. 300 nm and the SiOp layer 5 with the underlying tantalum silicide layer 4 in the bit line area 10 and in the Storage capacity area 11 structured by a reactive dry etching process. The distance between the thin oxide edge 14 and the bit line area 10 and the storage capacity 11 must at least correspond to the adjustment tolerance (in the exemplary embodiment the distance is in the range from 500 to 1000 nm). This ensures that the silicide
VPA 83 P 1 063 QEVPA 83 P 1 063 QE
schicht 4, 11 keinen Kontakt zum Si-Substrat hat und die Silizidschicht 4, 10 ganzflächig auf dem Substrat aufliegt.layer 4, 11 has no contact with the Si substrate and the silicide layer 4, 10 over the entire surface of the substrate rests.
Figur 2: Es folgt eine ganzflächige Oxidätzung, bei der der Oxidbereich 14 entfernt wird. Bei der thermischen Behandlung zur Erzeugung des Gateoxids 6 bei 90O0C wird gleichzeitig das unterhalb der Silizidstruktur 4 im Bitleitungsbereich 10 liegende Draingebiet 8 durch Ausdiffusion von Arsen (n ) erzeugt und die Silizidflanken mit einem Oxid 7 versehen. FIG. 2: This is followed by an oxide etching over the entire area, in which the oxide region 14 is removed. During the thermal treatment to produce the gate oxide 6 at 90O 0 C, the drain region 8 located below the silicide structure 4 in the bit line region 10 is produced by outdiffusion of arsenic (n) and the silicide flanks are provided with an oxide 7.
Figur 5: Im Anschluß an die Erzeugung der Kanalzone 9 im Transfergatebereich 12 durch Implantation von Bor- -Ionen erfolgt die ganzflächige Abscheidung der das "Trans fergate 12 bildenden Polysiliziumschicht 13, welche so strukturiert wird, daß die Gateelektrode den der Kanalzone 9 zugewandten Rand des Draingebietes 8 und den der Kanalzone 9 zugewandten Rand der Speicherkapazitätselektrode 11 überlappt. Figure 5: Following the generation of the channel zone 9 in the transfer gate area 12 by implantation of boron ions, the entire surface of the "Trans fergate 12 forming polysilicon layer 13 is deposited, which is structured so that the gate electrode is the edge of the channel zone 9 facing Drain area 8 and the edge of the storage capacitance electrode 11 facing the channel zone 9 overlaps.
Abschließend wird, wie nicht mehr dargestellt ist, eine als Isolationsoxid dienende Zwischenschicht erzeugt, die Kontaktlöcher für die Leiterbahnen geätzt und die Metallisierung durchgeführt.Finally, as is no longer shown, an intermediate layer serving as an insulation oxide is produced which Contact holes for the conductor tracks are etched and the metallization is carried out.
Figur 4 zeigt eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, in der zum Unterschied zu Figur 3 zur Erzeugung minimaler Überlappungskapazitäten das Transfergate (12) nicht überlappend ausgebildet ist, sondern unter Verwendung der sogenannten Abhebetechnik selbstjustierend zwischen die Silizidstrukturen 4 eingebracht wird. Dies geschieht auf folgende Weise: anstelle der aus SiOp bestehenden Isolationsschicht 5 (nach Figur 1) wird eine aus Siliziumnitrid bestehende Isolationsschicht 15 aufgebracht und anstelle der das Transfergate bildenden Polysiliziumschicht 13 (nach Figur 3) eine Metallsilizid- FIG. 4 shows another advantageous embodiment of the invention, in which, in contrast to FIG. 3, the transfer gate (12) is not designed to overlap in order to generate minimal overlap capacitances, but is introduced between the silicide structures 4 in a self-adjusting manner using the so-called lift-off technique. This is done in the following way: instead of the insulation layer 5 made of SiOp (according to FIG. 1), an insulation layer 15 made of silicon nitride is applied, and instead of the polysilicon layer 13 (according to FIG. 3) forming the transfer gate, a metal silicide layer is applied.
co ο ι η C ο ncco ο ι η C ο nc
- # - VPA 83 Ρ 1 ° 6 3 0£ - # - VPA 83 Ρ 1 ° 6 3 0 £
schicht 23 verwendet. Beim Aufdampfen dieser Metallsilizidschicht 23 reißt zwangsläufig die Verbindung an den Siliziumnitridkanten im T.ransfergatebereich 12 ab. Die Figur 4 zeigt die Anordnung nach der Strukturierung der Gateelektrode. Die auf der Nitridschicht 15 befindlichen Teilstrukturen 23a und 23b werden bei der Entfernung der Nitridschicht 15 unter Verwendung eines isotropen Ätzverfahrens durch Abheben entfernt. Dann wird, wie nicht mehr dargestellt ist, das Isolationsoxid erzeugt, die Kontaktlöcher für die Leiterbahnen geätzt und die Metallisierung durchgeführt.layer 23 used. During the vapor deposition of this metal silicide layer 23 inevitably tears off the connection at the silicon nitride edges in the transfer gate area 12. the FIG. 4 shows the arrangement after structuring the gate electrode. Those located on the nitride layer 15 Partial structures 23a and 23b are when the nitride layer 15 is removed using an isotropic etching process removed by taking off. Then, as is no longer shown, the insulation oxide is produced, the contact holes etched for the conductor tracks and carried out the metallization.
Diese Prozesse sind analog auch mit p-Kanal-Transistoren möglich, wie es beispielsweise in dem Aufsatz von Shimohigashi im IEEE Trans. Electron. Dev. Vol. ED-29, Nr. 4 (1982) Seiten 714 bis 718, beschrieben ist.These processes are analogous also with p-channel transistors possible, as for example in the article by Shimohigashi in the IEEE Trans. Electron. Dev. Vol. ED-29, No. 4 (1982) pages 714-718.
Durch die erfindungsgemäße Speicherzelle mit der sogenannten Silizid-Feldplatte (4, 11 "fieldplate") , der Bit-Leitung aus dem Silizid (4, 10) und dem aus dem Silizid diffundierten η -Gebiet 8 werden gegenüber der bekannten Anordnung (zum Beispiel Rideout) folgende Vorteile erzielt :By the memory cell according to the invention with the so-called Silicide field plate (4, 11 "fieldplate"), the bit line from the silicide (4, 10) and the η region 8 diffused from the silicide are compared to the known Arrangement (e.g. rideout) achieves the following advantages:
1. Das Silizid wirkt als selbst justierender Kontakt für den Transfer-Transistor. Infolge des selbst justierenden Kontaktes ist eine höhere Packungsdichte möglich.1. The silicide acts as a self-adjusting contact for the transfer transistor. As a result of the self-adjusting contact, a higher packing density is possible.
2. Die Gatelänge ist nicht von der Justiergenauigkeit2. The gate length does not depend on the adjustment accuracy
abhängig, da sie durch den Abstand Silizid-Bit-Leitung und Silizid-Feldplatte definiert ist.dependent as they line by the spacing silicide bit and silicide field plate is defined.
3. Durch die Verwendung des Suizids erhält man eine sehr niederahmige Bit-Leitung.3. By using the suicide one gets a very low bit line.
12 Patentansprüche
4 Figuren12 claims
4 figures
AlAl
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Claims (12)
Leitungstyps zur Trennung der aktiven Bereiche nach
dem sogenannten LOCOS- oder Isoplanarverfahren,a) Production of structured SiO ^ layers (2) on a silicon semiconductor substrate (1) of a first
Line type for separating the active areas
the so-called LOCOS or isoplanar method,
Aufdampfen, Zerstäuben unter Verwendung eines mit dem Dotierstoff versetzten Targets oder reaktives Aufstäuben in einer den Dotierstoff enthaltenden Atmosphäre, d) Deposition of a full-area layer (4) provided with the dopant of the second conductivity type and consisting of a siliconicide of the metals tantalum, titanium, tungsten or molybdenum with excess silicon
Vapor deposition, sputtering using a target mixed with the dopant or reactive sputtering in an atmosphere containing the dopant,
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